DE2325544A1

DE2325544A1 - Elektrischer spulenkoerper mit einem magnetisch leitenden spulenkern

Info

Publication number: DE2325544A1
Application number: DE19732325544
Authority: DE
Inventors: Hartmur Zoebl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-05-19
Filing date: 1973-05-19
Publication date: 1974-12-05
Also published as: GB1473182A; FR2230045B3; FR2230045A1

Description

R. 1479

9.5.1973 Ws/Kb

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH₃ 7 Stuttgart 1

Elektrischer Spulenkörper mit einem magnetisch leitenden Spulenkern"

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Spulenkörper mit einem magnetisch leitenden Spulenkern und einem den Spulenkörper umgebenden magnetisch leitenden Mantel.

Bei derartigen elektrischen Spulenkörpern dient der magnetisch leitende Mantel in erster Linie zur Vermeidung von magnetischen Streufeldern und zur Ableitung von Störfeldern, die von -außen den Spulenkörper beeinflussen könnten. Da diese Spulenkörper

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oftmals für Relais und magnetische Impulsgeber verwendet werden, dient der magnetisch leitende Mantel außerdem noch zur Verstärkung des gesamten magnetischen Plusses, zur Verstärkung der magnetischen Energie im Arbeitsluftspalt dieser Elemente bzw. zu verstärkten Plußänderungen durch umlaufende Kraftlinienleitstücke.

Bei Relais und magnetischen Impulsgebern ist es bekannt, den Spulenkörper zu diesem Zweck mit einem Blechmantel zu umgeben. Da das Blech elektrisch leitend ist und Wirbelstromverluste verursachen könnte, müssen zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, um die Wirbelstromverluste gering zu halten. Außerdem müssen durch zusätzliche Arbeitsgänge Blechmantel und Spulenkörper gegeneinander elektrisch isoliert werden, was beispielsweise durch ein Vergießen des Spulenkörpers mit Gießharz erfolgt .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektromagnetische Wirkung und damit den Wirkungsgrad von Induktionsspulen durch eine möglichst geringe Streufeldbildung zu verbessern und den Magnetkreis so zu gestalten, daß er sich in Verbindung mit dem Spulenkörper auf einfachste Weise herstellen läßt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Mantel aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff besteht, der über den Spulenumfang vorzugsweise gleichmäßig verteiltes magnetisch leitendes Material enthält und der mit dem Spulenkern einen Magnetkreis bildet, der mindestens einen magnetischen Arbeitsluftspalt enthält.

Eine Verstärkung der magnetischen Energie im Arbeitsluftspalt ergibt sich in vorteilhafter Weise insbesondere dann, wenn der Spulenkern, der Kunststoffmantel oder beide Teile weichmagnetisches Material enthalten, das nur geringe magnetische Verluste verursacht.

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.Einzelheiten der Erfindung sind an mehreren Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen magnetischen Impulsgeber zur Bestimmung des oberen Totpunktes von Hubkolben-Brennkraftmaschinen,

Fig. 2 ein Kleinrelais, dessen Spulenkörper einen Klappanker betätigt und

Fig. 3 zeigt einen Hubmagneten mit einem axial bewegbaren Anker innerhalb des Spulenkörpers.

Der in Fig. 1 mit IO bezeichnete, mit einem Ausbruch dargestelle magnetische Impulsgeber besteht im wesentlichen aus einem Spulenkörper 11 mit einem Ferritstab als Spulenkern der mit einem umlaufenden Stahlstift 13 zusammenwirkt, welcher von einer Brennkraftmaschine angetrieben xirird. Der Spulenkörper

11 besteht aus Kupferdraht, der auf einen Spulenträger 14 aus kunststoff aufgewickelt ist. Der Spulenträger 14 hat zur Aufnahme und Fixierung des Ferritstabes 12 eine zentrale Bohrung. Der Spulenkörper 11 ist nach außen hin von einem elektrisch isolierenden Mantel 15 aus Kunststoff umgeben, der gleichmäßig verteiltes, magnetisch leitendes Eisenpulver enthält. Dieser Kunststoffmantel 15 bildet zusammen mit dem Spulenkern

12 einen Magnetkreis für den Spulenkörper 11, der einen von außen zur beeinflussenden magnetischen Arbeitsluftspalt 16 aufweist. Dieser Arbeitsluftspalt 16 wird dadurch gebildet, daß der Spulenkern 12 und der Kunststoffmantel 15 auf der rechten Stirnseite des Spulenkörpers 11 durch einen magnetisch unwirksamen Ringspalt voneinander distanziert sind. Dieser magnetisch unwirksame Ring ist zwar kein Luftspalt im eigentlichen Sinne des Wortes, sondern ein magnetischer Luftspalt, der durch das flanschartige Ende 14a des magnetisch unwirksamen Spulenträgers 14 gebildet wird. Dieser Arbeitsluftspalt 16 auf der,rechten Stirnseite des Spulenkörpers 11 wird durch den umlaufenden, als Kraftlinienleitstück wirkenden Stahlstift

13 in der dargestellten Position teilweise überbrückt.

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Der Kunststoffmantel 15 ragt auf der dem Arbeitsluftspalt 16 gegenüberliegenden, linken Stirnseite des Spulenkörpers

11 hinaus und umschließt einen auf dieser Stirnseite angeordneten Kabelanschluß 17 für den Spulenkörper 11 sowie das Ende eines Versorgungskabels 18. Der Kunststoffmantel 15 ist ferner mit einer Ausformung 19 versehen, die als Flansch ausgebildet ist und eine öffnung 20 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Befestigungsschraube aufweist.

Die Wirkungsweise eines solchen magnetischen Impulsgebers

10 ist derart, daß bei Betrieb der nicht dargestellten Brennkraftmaschine ein den Stahlstift 13 tragendes Rad in Pfeilrichtung umläuft. Der Spulenkörper 11 ist über das Kabel 18 an eine Konstantstromquelle angeschlossen. Der den Spulenkörper 11 durchfließende Gleichstrom erzeugt in dem Spulenkern

12 und dem Kunststoffmantel 15 ein Magnetfeld. Der Magnetkreis dieses Impulsgebers 10 wird durch den Spulenkern 12, dem Kunststoffmantel 15 und den auf beiden Stirnseiten des Spulenkörpers

11 befindlichen Ringspalten gebildet, von denen der Spalt auf der rechten Stirnseite des Spulenkörpers 11 den Arbeitsluftspalt 16 bildet, welcher durch den Stahlstift 13 beeinflußt wird. Sobald nun dieser Stahlstift 13 in den Bereich des ringförmigen Arbeitsluftspaltes 16 gelangt, wird dieser in zunehmendem Maße überbrückt, so daß dadurch der mit dem Spulenkörper 11 verkettete magnetische Fluß zunimmt. Dieser Fluß erreicht ein Maximum und nimmt anschließend wieder bis auf den Normalwert ab, sobald sich der Stahlstift wieder aus dem Arbeitsluftspalt 16 herausbewegt.

Durch diese magnetische Flußänderung wird im Spulenkörper 11 ein positiver und ein negativer Spannungsimpuls induziert, welcher der angelegten Gleichspannung überlagert ist.

Ein solcher Induktionsgeber läßt sich bei der Einstellung des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine verwenden, in dem der Impulsgeber an eine Konstantstromquelle angeschlossen wird und gegenüber dem umlaufenden Stahlstift 13 so angeordnet ist, daß dieser in der oberen Totpunkt-Stellung eines Zylinderkol-

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bens der Brennkraftmaschine an der Stirnseite des Impulsgebers 10 vorbeiläuft. Bei einem eingeprägten Strom von 70 mA wird dann im Impulsgeber 10 eine Signalspannung induziert, die drehzahlabhängig ist und im Bereich von 2 - 3 V liegt. Diese Signalspannung ist einer angelegten Spannung von ca. 4 V überlagert und dient zur Bestimmung des Zündzeitpunktes, der wie üblich in Grad-Kurbelwellendrehung angegeben und auf den oberen Totpunkt des entsprechenden Kolbens bezogen ist»

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt das in Figur 2 dargestellte Relais 30» Dort ist ein auf einem Spulenträger 31 aufgewickelter Spulenkörper 32 aus Kupferdraht nahezu vollständig in einem magnetisch leitenden_s elektrisch isolierenden Kunststoffmantel 33 eingebettet. Sowohl der Spulenkern 33a als auch der äußere Mantel 33b bestehen aus dem gleichen Material, das ferner die untere Stirnseite des Spulenkörpers 31 vollständig bedeckt. Der flanschartige Ansatz 33c des Kunststoffmantels 33 dient einerseits zur Befestigung des Relais 30 und andererseits zur Anbringung von Relaiskontakten 34 und 35· Das flanschartige obere Ende des Spulenträgers 31 bildet an der oberen Stirnseite des Spulenkörpers 32 einen ringförmigen Arbeitsluftspalt 36 zwischen dem Spulenkern 33a und dem äußeren Kunststoffmantel 33b. Außerdem ist an dieser Stirnseite des Spulenkörpers 32 ein Klappanker 37 angeordnet, der mit einem Ansatz 38 die Relaiskontakte 34 und 35 zu betätigen vermag.

Im stromlosen Zustand ist der Magnetkreis des Spulenkörpers 32 unwirksam, da kein Magnetfeld erzeugt wird. Der Klappanker 37 wird dabei durch Federwirkung von der Stirnfläche des Spulenkörpers 32 abgehoben und die Relaiskontakte 34 und 35 sind geöffnet. Sobald nun der Spulenkörper 32 an Spannung gelegt wird, baut sich durch den in ihm fließenden Strom ein Magnetfeld auf, dessen magnetische Energie im Arbeitsluftspalt 36 wirksam wird

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und den Klappanker 37 entgegen der Federwirkung auf die Stirnfläche des Spulenkörpers 32 zieht. Durch diese Bewegung des Klappankers 37 werden die Relaiskontakte 34 und 35 geschlossen. Durch die Verwendung von weichmagnetischem Pulver im Kunststoffmantel 33 wird sichergestellt, daß beim Abschalten der Spannung der Klappanker 37 unverzüglich wieder in seine Ausgangslage zurückfällt und die Relaiskontakte 34 und 35 erneut öffnet.

Die Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Realisierung der Erfindung an einem Hubmagneten 40 näher beschrieben wird. Dort ist ein auf einem Spulenträger 41 angeordneter Spulenkörper 42 in einem elektrisch isolierenden, magnetisch leitenden Kunststoffmantel 43 vollständig eingebettet. Er bedeckt beide Stirnflächen des Spulenkörpers und ist auf der einen Stirnseite mit einem flanschartigen Einsatz 44 zur Befestigung des Hubmagneten 40 versehen. Der Spulenträger 41 weist eine axiale Bohrung auf, in der eine Führungshülse 46 zur Führung eines axial beweglichen Spulenkernes 45 befestigt ist. Das Material des Kunststoffmantels 43 bedeckt hierbei aucb die obere Stirnseite des Spulenkörpers 42 bis auf eine öffnung zum Durchtritt der Führungshülse 46 mit dem oberen Ende 45a des Spulenkernes 45· Bei dieser Anordnung bildet der Spulenkern 45 den Anker des Hubmagneten 40, dessen unteres Ende 45b auf einer Schraubenfeder 48 abgestützt ist, die auf der unteren Stirnseite des Kunststoffmantels 43 aufliegt. Das obere Ende 45b des Spulenkernes 45 trägt einen Stößel 47 zur Betätigung von Ventilen, Verriegelungseinrichtungen oder von anderen mechanischen Einrichtungen. Bei dieser Anordnung befindet sich ein axial veränderlicher Arbeitsluftspalt 49 zwischen dem Spulenkern 45 und dem magnetisch leitenden Kunststoff an der unteren Stirnseite des Spulenkörpers 42.

In der Ruhestellung des Hubmagneten 40 drückt die Schraubenfeder 48 den Spulenkern 45 gegen den oberen Anschlag 46a

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der Führungshülse 46. Wird nun die Spule an Spannung gelegt, so erzeugt sie ein Magnetfeld, und der magnetische Fluß fließt durch den vom Spulenkern 45* vom Kunststoffmantel 43 und dem dazwischen angeordneten Arbeitsluftspalt 49 gebildeten Magnetkreis. Der Arbeitsluftspalt befindet sich dabei zwischen dem Spulenkern 45 und dem Kunststoffmantel 43 an der unteren Stirnseite des Spulenkörpers 42. Durch die in ihm wirksame magnetische Energie wird nunmehr der Spulenkern 45 gegen die Kraft der Schraubenfeder 48 in Pfeilrichtung nach unten in die Spule hineingezogen. Der Stößel 47 wird dadurch ebenfalls eingezogen und gibt beispielsweise eine Verriegelungseinrichtung für Kraftfahrzeugtüren oder dergleichen frei.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, da die äussere Gestalt des Kunststoffmantels sowie die Ausbildung des Spulenkernes im Rahmen der Erfindung frei gewählt werden kann. Erfindungswesentlich ist jedoch, daß der magnetisch leitende Kunststoffmantel den Spulenkörper soweit umschließt, daß damit ein Arbeitsluftspalt im Magnetkreis erzielt wird, der entweder zur. Erzeugung einer magnetischen Zugkraft zum Beispiel bei Relais und Elektromagneten dient oder der beispielsweise bei magnetischen Impulsgebern zur Erzeugung von Spannungsimpulsen im Spulenkörper dient, indem er zumindest teilweise durch Kraftlinienleitstüeke oder durch Permanent-Magnetsysteme überbrückbar ist.

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Claims

Ansprüche

/ 1.)Elektrischer Spulenkörper'mit einem magnetisch leitenden Spulenkern und einem den Spulenkörper umgebenden, magnetisch leitenden Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (15) aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff besteht, der über den Spulenumfang vorzugsweise gleichmäßig verteiltes, magnetisch leitendes Material enthält und der mit dem Spulenkern (12) einen Magnetkreis bildet, der mindestens einen magnetischen Arbeitsluftspalt (16) aufweist.

2. Elektrischer Spulenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkern (12) und/oder der Kunststoffmantel (15) weichmagnetisches Material enthält.

3· Elektrischer Spulenkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkern (12) und der Kunststoffmantel (15) auf mindestens einer Stirnseite des Spulenkörpers (11) durch einen ringförmigen Arbeitsluftspalt (16) voneinander distanziert sind.

H. Elektrischer Spulenkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsluftspalt (16) durch das flanschartige Ende eines magnetisch unwirksamen Spulenträgers (1*0 gebildet ist.

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5. Elektrischer Spulenkörper nach Anspruch 4, daaurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsluftspalt (16) auf der einen Stirnseite des als magnetischer Impulsgeber verwendeten Spulenkörpers (11) von einem vorzugsweise umlaufenden Kraftlinien-

' leitstück (13) zumindest teilweise überbrückbar ist.

6. Elektrischer Spulenkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel (15) auf der dem Arbeitsluftspalt (16) gegenüberliegenden Stirnseite des Spulenkörpers (11) hinausragt und einen auf dieser Stirnseite angeordneten Kabelanschluß (17) mit umschließt.

7. Elektrischer Spulenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel (15) eine Ausformung (19) aufv/eist, die ein Befestigungselement aufnimmt.

8. Elektrischer Spulenkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformung (19) als Plansch ausgebildet ist und eine Öffnung (20) zur Aufnahme einer Befestigungsschraube aufweist.

9. Elektrischer Spulenkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel (33) und der Spulenkern

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(33a) einteilig aus dem gleichen Material bestehen, welches die eine Stirnseite des Spulenkörpers (32) vollständig bedeckt .

10. Elektrischer Spulenkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der anderen, den Arbeitsluftspalt (36) aufweisenden Stirnseite des Spulenkörpers (32) ein Klappanker (37) eines Relais angeordnet ist.

11. Elektrischer Spulenkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (42) auf seiner einen Stirnseite vom Material des Kunststoffmantels (43) vollständig bedeckt ist und zu dem einen Ende (45b) eines innerhalb des Spulenkörpers (42) axial beweglichen Spulenkernes

(45) einen axial veränderlichen Arbeitsluftspalt (49) bildet.

12. Elektrischer Spulenkörper nach Anspruch H₃ dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Kunststoffmantels (43) auch die andere Stirnseite des Spulenkörpers (42) bis auf eine Öffnung zum Durchtritt eines Endes (45a) des Spulenkerns (45) bedeckt.

13. Elektrischer Spulenkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkern (45) den Anker eines Hubmagneten bildet.

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